Kalorimetri (varmemåling)

Kemi B · STX · B-niveau · Eksperimentelt arbejde

🧪 Kalorimetri (varmemåling)

Kalorimetri = måling af varme afgivet/absorberet ved kemiske reaktioner eller fysiske processer.

Formel: Q = m·c·ΔT. Q = varme (J), m = masse (kg eller g), c = specifik varmekapacitet (4,18 J/(g·K) for vand), ΔT = temperaturændring (K eller °C).

Apparatur: Bombe-kalorimeter (lukket, til præcis måling) eller simpelt kaffekop-kalorimeter (skole-laboratorium — 2 isolerede kopper).

Procedure for skole-eksperiment:

1. Mål masse vand i kalorimeter (m_vand).

2. Mål start-temperatur T_1.

3. Tilfør reaktant (fx mål masse magnesium der reagerer med saltsyre).

4. Lad reaktionen forløbe. Mål slut-temperatur T_2.

5. Beregn ΔT = T_2 - T_1.

6. Beregn varme afgivet: Q = m_vand · c_vand · ΔT.

7. Beregn molær varme: ΔH = -Q/n_reaktant (negativt for exoterm).

Eksempel — neutralisering: 50 mL 1 M HCl + 50 mL 1 M NaOH. T stiger fra 22 °C → 28,5 °C. Q = 100·4,18·6,5 = 2.717 J. n(HCl) = n(NaOH) = 0,05 mol. ΔH = -2.717/0,05 = -54,3 kJ/mol (exoterm — tabel-værdi -57 kJ/mol).

Klassiske kalorimetri-forsøg:

• (a) Forbrændingsvarme af alkohol (ethanol/methanol/propanol) — find energiindhold per gram.
• (b) Neutralisering (syre + base).
• (c) Opløsningsvarme af NaOH eller NH₄NO₃ i vand.
• (d) Hess' lov verificering — gennemfør 2 reaktioner → sammenlign med direkte.

Fejlkilder:

1. Varmetab til omgivelser (kalorimeter ikke 100% isoleret).

2. Varmekapacitet af kalorimetret selv.

3. Ujævn omrøring.

4. Temperatur-aflæsning (parallakse).

Forbedring: bru

Læringsmål

• Anvende formlen Q = m·c·ΔT til at beregne overført varmeenergi
• Bestemme molær reaktionsentalpi ΔH ud fra kalorimetriske målinger
• Skelne mellem eksoterme og endoterme processer ud fra fortegnet på ΔH
• Identificere og minimere fejlkilder i et kaffekop-kalorimeter-forsøg
• Verificere Hess' lov ved at sammenligne to reaktionsveje eksperimentelt

Sådan kan du arbejde med emnet

• Beskriv, hvordan et kalorimeterforsøg kan bruges til at måle en reaktions varmeudvikling
• Forklar, hvilke fejlkilder der kan påvirke en kalorimetrisk måling
• Diskutér, hvorfor det er vigtigt at isolere systemet i et kalorimeterforsøg

Eksperiment-forslag

• Mål neutraliseringsvarmen for HCl + NaOH med et kaffekop-kalorimeter, og beregn ΔH pr. mol.
• Bestem opløsningsvarmen for NaOH og NH₄NO₃ i vand, og forklar fortegnsforskellen.
• Sammenlign forbrændingsvarmen af ethanol og propanol ud fra temperaturstigning i en kendt mængde vand.
• Verificér Hess' lov ved at måle ΔH for to trinvise reaktioner og sammenligne med den direkte reaktion.

Brobygning

Kalorimetri-data bruges til at verificere de termodynamiske beregninger fra "Termokemi og kinetik".